Ljusets kvantitet spelar vanligtvis inte någon viktig roll när man överväger de kemiska egenskaperna hos atomer eller molekyler. I en artikel publicerad i Förfaranden från National Academy of Sciences forskare från Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter i Hamburg visar, dock, att under vissa förutsättningar, fotoner kan starkt påverka kemi. Dessa resultat indikerar möjligheten att kemiska processer kan skräddarsys av fotoner.

Experimentellt, sådana situationer har redan observerats, men teoretiska förutsägelser om sådana tillstånds kemiska egenskaper var endast möjliga i begränsad omfattning; de vanliga kvantkemiska metoderna tar inte hänsyn till ljusets kvantitet. Forskargruppen har nu utökat några av dessa metoder till att inkludera kopplingen till fotonerna. Bland annat, gruppen av professor Angel Rubio visade hur stark koppling till fotoner i en optisk kavitet förändrar molekylernas kemiska egenskaper, som dess bindningslängd eller dess absorption.

"Av särskilt intresse, säger Johannes Flick, verkets huvudförfattare, "är förändringarna av Born-Oppenheimer-ytorna, som används för att karakterisera kemiska reaktioner. Vi fann att stark ljus-materia-koppling inducerar nya reaktionsvägar. "Samtidigt, forskarna undersökte om kemiska standardreaktioner kan effektiviseras genom att använda stark koppling till fotonerna. Att göra så, de övervägde en enkel modell för laddningsöverföring mellan två kvantsystem. Sådana laddningsöverföringsreaktioner drivs vanligtvis av en laserpuls. I det här arbetet, reaktionen assisterades av några fotoner i den optiska kaviteten, vilket möjliggjorde lägre laserintensiteter.

"Våra teoretiska fynd hjälper inte bara till att bättre förstå beteendet hos atomer och molekyler som är starkt kopplade till fotoner i en optisk kavitet, säger Johannes Flick, "men de markerar också möjligheten att ändra kemiska egenskaper via fotoner." Nästa, forskaren vill tillämpa sina teoretiska metoder på mer komplexa molekyler. Målet är att visa att de aktuella resultaten i allmänhet är giltiga och att man kan ändra de kemiska egenskaperna hos alla slags molekyler via stark ljusmaterialkoppling.